孙鲁浩 20095525 缓控释肥的研究进展及存在问题.doc

土壤污染与防治论文姓名：孙鲁浩学号：20095525班级：09级环境工程2 班学院：资源与环境学院题目：缓/控释肥料的研究进展及存在问题缓/控释肥料的研究进展及存在问题Research Progress and Existing Problems on Slow/Controlled Release Fertilizers摘要：目前传统化学肥料因其养分流失快，利用率低，并容易造成环境污染缺点，而有机肥料虽然成本低，对环境的化学污染低，但也存在难以普遍使用，有难以确定的病原菌等危害，使得人们关注绿色环保没有病原菌的肥料。在这种趋势下，缓/控释肥料以养分缓慢释放，有效延长作物对肥料的吸收利用，对环境污染小等优点成为21世纪肥料工业的发展方向。本文经过查阅文献资料，阐述了缓/控释肥料的内涵，总结了缓/控释肥料国内外的研究概况，从施用有机肥和无机肥对土壤和作物的影响的角度进一步的阐述缓/控释肥的优点，也提出了缓/控释肥在应用方面存在的问题及相应的对策。关键词：缓/控释肥料；养分释放；研究概况；有机肥；无机肥Abstract: at present the traditional chemical fertilizers because of its nutrient loss quickly, low utilization rate, and is easy to cause environmental pollution shortcomings, and organic fertilizer while the cost is low, the environmental pollution is low, but also difficult to widespread use, is difficult to determine the pathogenic bacteria and other hazards, makes people pay attention to the green environmental protection no pathogenic bacteria fertilizer. Under this trend, slow / controlled release fertilizers on nutrient slow release, effectively extending the crop fertilizer absorption and utilization, little pollution to the environment has become the twenty-first Century fertilizer industry development direction. This article through the research methods of literature study, elaborated the connotation of slow / controlled release fertilizer, slow / controlled release fertilizer are summarized the domestic and foreign research situation, from the application of organic fertilizer and inorganic fertilizer on Soil and crop the influence of the angle of the further elaboration of slow / controlled release fertilizer the advantage, also put forward to slow / controlled release fertilizer problems existing in the applications of problems and the corresponding countermeasures. Key words: slow / controlled release fertilizer; nutrient release; research situation; organic fertilizer; organic fertilizer 肥料作为农业生产必需品，在农业领域中具有举足轻重的地位，其中化学肥料约占农业生产总支出的50，而且发展中国家粮食增产中50来自化肥的作用【1】。据有关资料表明，我国化肥当季利用率低：氮肥约3035磷约1020钾约3550而国外氮肥利用率则为5055，与发达国家相比，低十几个百分点【2】。每年因肥料利用率低造成的直接经济损失约500亿元【1】。长期大量施用传统化学肥料导致地下水和蔬菜中的硝酸盐含量升高湖泊水体富营养化以及大气中N2O含量逐年增加，温室效应日益严重，人类的生活质量和生存环境受到严重挑战。而有机肥料由于运输费用较高的原因难以普遍使用，而且容易造成土壤的病原菌污染，对人类健康存在潜在危害。缓/控释肥料作为一种新型肥料，不仅可以提高肥料的利用率，而且有效地防止环境污染，成为21世纪化学肥料工业的方向，开辟肥料发展的新纪元。1 缓/控释肥料的的内涵及分类11 缓/控释肥料的内涵 国际肥料工业协会（International Fertilizer Industry Association，简称IFA）按照肥料制作过程，将缓释和控释肥料分为尿素和醛类的缩合物（被称为缓释和缓效肥料）及包膜肥料（控释肥料）两大类，因此生物和化学下可分解的有机氮化合物肥料，如脲甲醛（UFs），通常被称为缓释肥（SRFs)，而对生物和化学作用等因素不敏感的包膜肥料通常被称为控释肥（CRFs)3。韩晓日指出缓控肥料（Slow Release Fertilizers)是指肥料施入土壤后转变为植物有效态养分的释放速率远小于速溶肥料【4】，在土壤中达不到完全控释的目的。控释肥料（Controlled Release Fertilizers)是以颗粒肥料（单质或复合肥为核心，表面涂覆一层低水溶性的无机物质或有机聚合物，或者应用化学方法将肥料均匀地融入分解在聚合物中，形成多孔网络体系，并根据聚合物的降解情况而促进或延缓养分的释放，使养分的供应能力与作物生长发育的需肥要求相一致的一种新型肥料。缓释肥料的高级形式为控释肥料，它使肥料释放养分的速度与作物需要养分的量一致，使肥料利用率达到最高。12 缓/控释肥料的分类缓/控释肥可以按照其制造工艺分为以下类型： 1）合成型肥料包膜型缓/控释肥料主要是在肥料颗粒表层包上可控制养分释放的包膜材料，控制养分的释放。它们成膜后具有减少肥料与外界的直接接触、控制水溶性肥料粒子中养分的释放速率、改善肥料理化性能等作用。包膜肥料按其包膜材料又可以分为:无机物包膜肥料无机物包膜肥料的材料主要有硫磺、硅酸盐、石膏、磷酸盐等。其中，对硫磺包膜材料的研究最多。使用硫包膜尿素可使N利用率较普通尿素提高1倍，特别适用于生长期较长的作物，且能补充土壤中硫的不足。通过调节包膜的厚度和封面剂（石蜡）的用量来实现对养分的控释目的。近些年实验表明它们对P、K的控释效果明显提高了。有机聚合物包膜肥料有机聚合物包膜肥料按其包膜材料的来源又可分为以下三类:（1）天然高分子：天然橡胶、阿拉伯胶、明胶、海藻酸钠、纤维素、木质素、淀粉等。其特点是材料来源广、无毒、稳定、成膜性好、价廉易得且易被生物降解，属于环境友好材料，适合做缓释肥。（2）合成高分子：包括热塑性聚烯烃类，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺，以及热固性树脂如脲醛树脂等。该类包膜在聚合物包膜中所占比例最大。如日本采用聚乙烯与EVA的共聚物作为尿素、KCl等的包膜，通过调节两者的比例，并以滑石粉为开孔剂，可制得缓释期从40360d的包膜缓释肥料。合成高分子包膜的特点是包膜厚度可控、对土壤条件不十分敏感、养份扩散速率可由聚合物的化学性质控制，因而可实现对养份的控释。且由于包膜的弹性好，适合于机械化施肥。由于该类包膜价格高，且大多数在土壤中分解缓慢而带来环境污染，虽然可采取改性方法促使其降解，但对土壤的影响还需进一步探讨。（3）半合成高分子：是指天然高分子经过改性后形成的一类高分子，此类材料以纤维素的衍生物为主，粘度大、成膜性良好、易水解，如:甲基纤维素钠和乙基纤维素。合成型微溶态缓/控释肥料合成型微溶态缓/控释肥料是一种具有有限的水溶性的物质，在化学或微生物分解过程中可释放植物能够利用的物质。主要有两类:一类是微溶于水的合成有机氮化合物，如脲醛肥料、异丁叉二脲、丁烯叉二脲等。其中最主要的是脲醛肥料，它是尿素与醛类的缩合物，最常见的是脲甲醛。近年来，国内天津师范大学的郭振铎、于曦等对尿素、甲醛缩合制备脲甲醛肥料及其性能进行了研究，该肥料肥力可持续半年、一年或更长。此外，T.Aarnio等对脲醛肥料及其与尿素混和后在森林中使用效果进行了研究，实验表明其肥效较好且利用率高，可以进行大量施用。但该肥料因其养分释放速率受土壤水份、pH、微生物等因素影响较大，且售价高，此类肥料的需求量有下降的趋势。另一类是微水溶性或柠檬酸溶性合成无机肥料，如部分酸化磷矿(PAPR)、熔融含镁磷肥(FMP)、二价金属磷酸铵钾盐等。抑制剂改良的缓/控释肥料抑制剂改良的缓/控释肥料是通过添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂等，调节土壤微生物生物活性，减缓尿素的水解和对铵态氮的硝化作用，从而达到肥料氮素缓慢释放和减少损失的目的。根据抑制剂的不同可分为化学抑制剂和脲酶抑制剂改良的缓/控释肥料:（1）化学抑制剂:主要是指硝化抑制剂。国外自20世纪50年代，开始研究消化抑制剂，研究的主要产品有吡啶、嘧啶、硫脲等的衍生物，以及叠氮化钾、氯笨异硫氰酸盐、六氯乙烷、五氯酚钠等。双氰胺(DCD)是较为广泛用于提高氮肥利用率的消化抑制剂。陈振华等6的研究表明DCD有效抑制尿素水解产物的氧化，使其以交换态NH4+的形式在土壤中长时间持留。（2）脲酶抑制剂:20世纪40年代Conrad等发现往土壤里加入某些抑制脲酶活性的物质可以延缓尿素的水解。60年代人们开始进行土壤脲酶抑制剂的筛选工作。现已研究成功的有添加氢醌(HQ)长效尿素等。在美国的一些研究中，从一种根瘤菌微生物中提取了能够抑制尿素水解的酶，并对它的纯化及抑制特性进行了研究，发现其对改变土壤各种性质具有积极的作用，从而能够有效提高尿素的利用率。2 缓/控释肥优点缓控释肥与普通肥料相比，有以下优点：(1)提高化肥利用率，减少化肥用量。中国化肥的当季利用率：氮肥约为30-35；磷肥约为10-20：钾肥约为35-50。可见肥料中有相当大一部分不能发挥作用。缓控释肥能控制养分的释放，使养分的释放与作物的需求基本同步，有效的提高了养分的当季利用率；释放出的养分既能满足作物吸收利用的需要，又不造成烧根烧苗与损失浪费。许多研究结果表明，施用缓控释肥料具有明显的增产、节肥、省工、提高肥料利用率等作用，养分利用率比常规速效肥提高10-30，氮肥利用率可达50-70。达到相同或相近谷物产量水平，用肥量可减少10- 40%。在我国建设用地逐年增加的情况下，耕地面积减少，复种指数降低，而耕地产粮负荷加重的情况下，研究和生产缓控释肥，对保障国家粮食安全是十分必要的。我国首家将缓控释肥生产技术转化为生产力的山东金正大集团通过大量的试验数据表明：缓控释肥可将肥料利用率由原来的35提高l倍左右。氮肥流失率显著降低，可以节省氮肥用量30-50。以不施氮肥、尿素基施和尿素基追比5：5等三个处理作对照，对三种包膜缓/控释肥处理冬小麦产量、产量相关因子、不同时期植株含氮量及肥料利用率进行分析比较，结果表明，缓/控释肥的以上几个指标均接近于尿素基追比5:5处理，与尿素基施相比，包膜缓/控释肥增产10.0311.17，有效穗数和穗粒数增加，返青-拔节期植株含氮量明显提高，氮肥利用率提高6.1811.57【5】。(2)改善土壤物理性状 缓/控释肥料除了能提高肥料利用和提高作物产量之外，还可以改善土壤的物理化学性状。保水剂包膜尿素可提高土壤水分含量，增加土壤水分的有效性，改善土壤的保水、释水性能。据资料报道，缓/控释肥残膜含量在一定范围内对土壤和作物是有益的。经工作人员大量研究表明，土壤中控/释肥残膜含量在0.008g/g土范围内，缓/控释肥残膜可明显降低土壤的透水性，提高土壤的田间持水量和保水性，随膜含量的增加，当达到0.010时，土壤的田间持水量却明显降低，透水明显加快，土壤保水性也随之降低。另外随土壤中膜含量的增加，土壤容重降低，土壤比重变化不大，土壤孔隙度明显增加。在一定的土壤残膜含量范围内，随膜含量的增加，花生生长也呈增加趋势，其中最适宜花生生长的土壤膜含量范围为0.00426-0.00574。容重是土壤重要的物理性状，它影响到土壤的孔隙度与孔隙大小的分配，以及土壤的穿透阻力，进而影响到土壤的水肥气热条件与作物根系的生长。经工作人员大量研究表明，随控释肥残膜加入量的增加，土壤容重由1.192g/cm3下降到1.125gcm3；土壤的总孔隙度由54.992%增加到57.686%，总孔隙明显增多。一般认为，适于作物生长发育的土壤总孔隙度范围为50%-57%，当残膜加入量大于0.008时孔隙太大，土壤过疏松，以至不利于作物的生长发育7。(3)减少施肥次数，节省劳力。由于农村缺乏劳力或因缺水、供水不及时等原因，农作物施肥日趋简化，农作物一次性施肥已相当普遍。目前市场上销售的一次性肥基本上为速效高氮型复合肥，存在苗期旺长或后期脱肥的风险。而缓/控释肥可预定设计肥料在农作物生长季节的释放模式，使肥料养分释放规律与作物养分吸收相一致，一次性施肥满足农作物整个生长季的需求。在西红柿育苗的时候把肥料一次施进去，在种到地里的时候就不用再施肥了，在育苗的时候就做完了。日本70。80的缓/控释肥料用在水稻上，在育苗的时候一次性把肥料用在种子和根上，在大田里就不再施肥了。缓/控释肥还可用于免耕和无土栽培，你的种子好，达到标准的话，种子和肥料一块播下去，灌水就可以了，这个非常方便。现在很多无土栽培灌营养液。也有很多毛病，有时候犯病，有时候营养液配不好，苗长势就不好，用控释肥就解决了这个问题。(4)可以减轻农作物病害和改善农产品品质。农作物病害和产品品质与氮肥用量有关，施用缓/控释肥可以防止农作物对氮素的过量吸收，从而起到抑制病害和改善品质的作用。(5)减少环境污染大多数速效肥料易溶于水，降雨或灌溉时肥料养分以离子或分子形态溶解到水中，随水表面流失或渗入地下，不但损失了肥料养分，降低了肥料的利用率，也造成了环境的污染。研究表明，缓/控释肥可以减少化肥的气态和淋洗损失，从而提高化肥的利用效率，较少由于肥料利用不当造成环境污染。3 国内缓/控释肥的产业化发展前景和方向 国内缓/控释肥的产业化发展相对技术落后，成品价格昂贵，一般相当于普通化肥价格的28倍，我国缓控释肥大多应用于花卉、草坪、苗圃等高端经济作物类，水稻、玉米、小麦、大豆、蔬菜和水果等作物也有所应用，但消费总量仍然不多。经济因素成为制约缓释肥发展的首要因素，因此，进一步研制开发新型、高效、廉价的包膜材料及简单易行的生产工艺成为缓/释肥发展的首要目标8。 我国肥料产业已经进入产业、技术升级的关键时期。粮食单产的增加与普通化肥造成的浪费污染成为需要解决的关键问题：随着缓控释肥料技术的发展带来了新的思路和途径，成为了世界肥料研究的热点，缓/控释肥料也被誉为是2l世纪肥料产业的重要发展方向。在缓释肥的生产及使用过程中，应尽量减少对环境的污染，环保成为新型缓释肥的一个必要条件。除此之外，新型缓释肥除本身的缓释功能，应同时满足杀菌、除虫、吸水保水性等各个方面的要求，缓释肥的标准向多元化迈进。4 影响我国缓/控释肥料发展的原因及我国缓控释肥产业展望41 当前影响我国缓/控释肥料发展的最主要的原因概括起来有以下几点：(1)目前在实验室和田间条件下对缓/控释肥料养分释放的机理和影响因素的数学模型等相关研究还不深入，科研人员需要对肥料养分在实验 室内和田间条件下的释放率、释放模式、影响因素进行系统研究。同时注重缓释和促释相结合，着力研发具有“s”型释放曲线的控释肥料，使 肥料养分释放速率和模式与作物养分吸收规律相匹配，从而限制和减少影响肥料发挥最大效应的限制性因素，最终使研究者的产品适应生产者 的需要，并实现经济和环境效益的最大化。(2)肥效试验应从多个方面进行评价，目前肥效评价仅限于简单的对比试验，缓控释肥料在田间的去向缺少系统定量分析，由缓控释肥料应 用而产生经济和环境效益缺乏定量评价。因此，有必要进一步系统、严格地对缓控释肥料田间应用肥效及在土壤中的形态转化、去向等相关方 面进行评价，为改进缓控释肥料的性能，从而满足在各种农业生态条件下不同作物营养需求提供科学依据。(3)目前关于肥料控释性能的测试方法国际或行业间上还没有一个统一的标准，因而建立对肥料缓控释性能的标准测试方法，促进和保证其工业 化质量势在必行。(4)目前缓/控释肥料还存在生产成本过高的问题，一般高于常规肥料的24倍，致使该种肥料绝大部分只用于经济价值高的花卉、蔬菜、草坪等生 产中，限制了它的广泛使用。所以科研重点应放在保障肥料性能的同时降低生产成本，加速该类肥料的大田化、普及化。 (5) 针对目前缓/控释肥料推广应用还不是十分广泛的问题，政府可以加大对新型缓控释肥料的推广力度，通过立法、收取